Эмиссионная фотометрия пламени -

Разновидность атомной эмиссионной спектроскопии; исследуемое вещество вводится в виде аэрозоля в пламя газовой горелки. (Пример - желтый цвет пламени от NaCl). Поскольку температура пламени ниже, чем дуги или искры, возбуждаются атомы не всех элементов, а лишь имеющих низкую энергию возбуждения, такие как щелочные, щелочноземельные, а также Ga, In, Tl, Ag,Eu, Pb, Cu, Cr, Mn, Al и др. Атомизация происходит в пламени горелки. Метод очень чувствителен и позволяет обнаружить 10^-7% по массе.

2.2.2. Атомно-абсорбционный спектральный анализ

Атомы поглощают излучаемые кванты на тех же частотах, которые испускают. Используется источник излучения с линейчатым спектром - лампа с полым катодом, на который нанесен определяемый элемент. Поэтому спектр излучения содержит линии анализируемого элемента. Исследуемое вещество обычно в виде раствора вводится в пламя горелки, где при температуре 2000 - 3000⁰С происходит диссоциация молекул на атомы. Коэффициент поглощения газообразными атомами подчиняется экспоненциальному закону убывания интенсивности в зависимости от толщины поглощающего слоя и концентрации вещества. Определение концентрации производят с помощью калибровочных графиков, то-есть измеряют коэффициент поглощения для нескольких эталонных растворов с различными концентрациями определяемого элемента и строят график зависимости коэффициента поглощения от концентрации.

Чувствительность атомной абсорбционной спектроскопии превышает чувствительность эмиссионной. Она применяется для анализа многих элементов в различных объектах (стали, сплавы, руды, природные воды, почвы, биологические пробы).

2.3. Масс-спектрометрия

Масс-спектрометрический метод анализа основан на ионизации изучаемого вещества, образовании пучка летящих ионов и его разделения в пространстве на части, различающиеся отношением массы к заряду. Далее эти части регистрируются по отдельности, давая масс-спектр. Этот спектр позволяет определить величины масс частиц компонентов и относительное содержание компонентов в исследуемом веществе. Этот мощный универсальный метод анализа отличается высокой чувствительностью, высокой специфичностью и селективностью определения и применяется к широчайшему кругу объектов - от изотопов элементов до сложных белковых молекул.

Масс-спектрометр состоит из следующих основных частей.

Устройство Для ввода пробы

ионизатор

узел ускорения и фокусирования ионов

Анализатор

детектор

Устройство для ввода пробы обеспечивает необходимую концентрацию вещества в ионизаторе, который (как и остальные части прибора) находится под вакуумом, что обеспечивает необходимую длину свободного пробега ионов. Ионизация пробы осуществляется одним из следующих способов:

а) электронный удар

б) лазерное излучение

в) искровой разряд

г) бомбардировка пучком ионов.

Образуются преимущественно положительные однозарядные ионы, значительно реже двухзарядные. Если энергия бомбардировки велика, разрываются химические связи и в потоке появляются фрагменты, то-есть ионы-осколки. Образующиеся из молекул или атомов пробы ионы ускоряются электрическим полем и фокусируются в пучок в узле ускорения и фокусирования. Далее сфокусированный пучок ионов попадает в масс-анализатор, где ионы разделяются по массе. Существует ряд методов разделения пучка ионов, простейший из них - магнитный.

Ионы движутся в электрическом поле, приобретая кинетическую энергию:

zU=mv²/2

где U - ускоряющая разность потенциалов, m- масса иона, z -заряд иона, v - скорость. Отсюда получаем:

v=(2Uz/m)^1/2.

Таким образом, при постоянной U скорость определяется отношением заряда к массе. Летящие ионы попадают в постоянное магнитное поле с напряженностью Н и взаимодействуют с ним (сила Лоренца, равная Hzv), за счет чего траектория движения ионов искривляется. Эту силу можно приравнять центробежной силе: Hzv=mv²/r,

где r -радиус кривизны траектории. Он равен:

r= mv/zH= (2Um/z)^1/2/H.

Т.о., ионы с различным отношением массы к заряду имеют разные радиусы кривизны, разлетаются веером и попадают в разные места детектора, где ионный ток преобразуется в электрический сигнал и записывается в виде масс-спектра (набор четких полос). Сравнение с масс-спектрами эталонных образцов позволяет провести качественный анализ, а количественный проводится по интенсивности линий.

Применения масс-спектрометрии:

а) анализ изотопного состава элементов;

б) элементный анализ твердых неорганических веществ и материалов, определение посторонних веществ на поверхности;

в) анализ смесей газов, можно осуществлять непрерывный контроль;

г) определение концентрации свободных радикалов;

д) установление структуры органических соединений;

е) анализ смесей органических веществ. Сочетание с предварительным хроматографическим разделением позволяет обнаружить до 10^-10 г вещества. Масс-спектрометрия - единственный метод обнаружения ядовитых диоксинов.